YUV像素和ycbcr

原文:http://www.cnblogs.com/biglucky/p/4128450.html

一幅彩色图像的基本要素是什么?

说白了,一幅图像包括的基本东西就是二进制数据,其容量大小实质即为二进制数据的多少。一幅1920x1080像素的YUV422的图像,大小是1920X1080X2=4147200(十进制),也就是3.95M大小。这个大小跟多少个像素点和数据的存储格式有关。下面简述yuv与像素的关系:

YUV与像素的关系:

YUV是利用一个亮度(Y)、两个色差(U,V)来代替传统的RGB三原色来压缩图像。传统的RGB三原色使用红绿蓝三原色表示一个像素,每种原色占用一个字节(8bit),因此一个像素用RGB表示则需要8*3=24bit。如果使用YUV表示这个像素,假设YUV的采样率为:4:2:0,即每一个像素对于亮度Y的采样频率为1,对于色差U和V,则是每相邻的两个像素各取一个U和V。对于单个的像素来说,色差U和V的采样频率为亮度的一半。如有三个相邻的像素,如果用RGB三原色表示,则共需要占用:8*3*3=72bits;如果采用YUV(4:2:0)表示,则只需要占用:8*3(Y)+ 8*3*0.5(U)+8*3*0.5(V)= 36bits。只需原来一半的空间,就可以表示原来的图像,数据率压缩了一倍,而图像的效果基本没发生变化。

一般描述一幅图像的参数时我们会考虑以下几点:

1、宽:一行有多少个像素点。2、高:一列有多少个像素点。3、YUV格式还是RGB格式?4、一行多少个字节?5、图像大小是多少?6、图像的分辨率是多少?

以下对YUV422、YUV420和YUV444进行初步解析:

YUV422格式。

分为很多小类,按照U、V的排列可以有YUYV,YVYU,UYVY,VYUY四种,其中,YUYVY一般又称作yuv2格式。

而这四种YUV422格式,每种又可以分为2小类,按Y和UV的排列可以有打包格式和平面格式。例如,一个640×480×2的YUV文件,打包格式就是YUYVYUYV这样一直排列下去,平面格式就是先640×480个Y排列完,然后是640×240个U,然后是640×240个V这样排列,如下

图:

 

假如有一幅640×480的图片,用yuv422来表示,那么,采样方式就是每个像素采样Y信号,U,V信号隔一个采样,这样算下来,就有640×480个Y,640×240个U,640×240个V,一幅640×480大小的YUV图片占的总字节数为640×480×2个字节,每像素2个字节,也就是16位。

在内存种中这样排列:Y0U0Y1V0 Y2U1Y3V1...

第一个像素的YUV值为:Y0 U0 V0

第二个像素的YUV值为: Y1 U0 V0

第三个像素的YUV值为: Y2 U1 V1

.....其他以此推类,也就是说每两个像素是共用了UV的;在一行上来看,每个像素的YUV值中Y值被采样,UV值采样0后,跳到3,然后5,所以每行上Y有640个,U,V各320个。

主要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比较常用,其含义为:每个点保存一个 8bit 的亮度值(也就是Y值), 每 2x2 个点保存一个 Cr 和Cb 值, 图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。所以, 原来用 RGB(R,G,B 都是 8bit unsigned) 模型, 4 个点需要 8x3=24 bites(如下图第一个图). 而现在仅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bites, 平均每个点占12bites,这样就把图像的数据压缩了一半。

以上仅给出了理论上的示例,在实际数据存储中是有可能是不同的,下面给出几种具体的存储形式:

(1) YUV 4:4:4

YUV三个信道的抽样率相同,因此在生成的图像里,每个象素的三个分量信息完整(每个分量通常8比特),经过8比特量化之后,未经压缩的每个像素占用3个字节。

下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3

(2) YUV 4:2:2

每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半,所以水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来说,每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存(亮度2个字节,两个色度各1个字节)。

下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

存放的码流为: Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

映射出像素点为:[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

(3) YUV 4:1:1

4:1:1的色度抽样,是在水平方向上对色度进行4:1抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对非压缩的8比特量化的视频来说,每个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存(亮度4个字节,两个色度各1个字节)。

下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

存放的码流为: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3

映射出像素点为:[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]

(4)YUV4:2:0

4:2:0并不意味着只有Y,Cb而没有Cr分量。它指得是对每行扫描线来说,只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量, 也就是说,如果一行是4:2:0的话,下一行就是4:0:2,再下一行是4:2:0...以此类推。对每个色度分量来说,水平方向和竖直方向的抽样率都是 2:1,所以可以说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来说,每个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存(亮度4个字节,两个色度各1个字节)。

下面八个像素为:[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2][Y3 U3 V3]

[Y5U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]

存放的码流为:Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3

Y5V5 Y6 Y7 V7 Y8

映射出的像素点为:[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]

[Y5U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]

 

YCbCr采样格式

4:4:4 采样就是说三种元素Y,Cb,Cr有同样的分辨率,这样的话,在每一个像素点上都对这三种元素进行采样.数字4是指在水平方向
上对于各种元素的采 样率,比如说,每四个亮度采样点就有四个Cb的Cr采样值.4:4:4采样完整地保留了所有的信息值.4:2:2采样中
(有时记为YUY2),色 度元素在纵向与亮度值有同样的分辨率,而在横向则是亮度分辨率的一半(4:2:2表示每四个亮度值就有两个Cb
和Cr采样.)4:2:2视频用来 构造高品质的视频彩色信号.

在流行的4:2:0采样格式中(常记为YV12)Cb和Cr在水平和垂直方向上有Y分辨率的一半.4:2:0 有些不同,因为它并不是指在实际采样
中使用4:2:0,而是在编码史中定义这种编码方法是用来区别于4:4:4和4:2:2方法的).4:2:0 采样被广泛地应用于消费应用中,比如
视频会议,数字电视和DVD存储中。因为每个颜色差别元素中包含了四分之一的Y采样元素量,那么 4:2:0YCbCr视频需要刚好4:4:4
或RGB视频中采样量的一半。

4:2:0采样有时被描述是一个"每像素12位"的方 法。这么说的原因可以从对四个像素的采样中看出.使用4:4:4采样,一共要进行12次
采样,对每一个Y,Cb和Cr,就需要12*8=96位,平均下来要96/4=24位。使用4:2:0就需要6*8=48位,平均每个像素48/4=12位。

在一个4:2:0隔行扫描的视频序列 中,对应于一个完整的视频帧的Y,Cb,Cr采样分配到两个场中。可以得到,隔行扫描的总采样数跟
渐进式扫描中使用的采样数目是相同的。

YUV像素和ycbcr

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